ТВЕРДОЕ МАГНИТНОЕ ТЕЛО И СПОСОБ КОРРЕКТИРОВКИ ОРИЕНТАЦИИ И ПОЛОЖЕНИЯ МАГНИТНОГО ВЕКТОРА Российский патент 2007 года по МПК H01F13/00 

Изобретение касается твердого магнитного тела и способа корректировки ориентации и положения магнитного вектора согласно ограничительной части пунктов 1 и 10 формулы изобретения. Применение магнита известно в различных механических, технических и медицинских устройствах. Среди прочего, магниты используются в измерительных приборах и магнитных подвесках. Магнитные подвески, особенно для насосов, перекачивающих кровь и имплантированных в тело человека для поддержки сердечной деятельности, в отличие от обычных подшипников, не подвержены износу и не повреждают структуру крови. Для некоторых применений требуется более конкретная геометрическая ориентация магнитного вектора твердого магнитного тела, не совпадающая с обычной ориентацией север-юг. В подвесках насосов для перекачивания крови точная ориентация и коррекция направления и положения магнитного вектора твердого тела особенно важны для того, чтобы обеспечивать требуемый зазор в магнитной подвеске. Основными характеристиками подвески являются: жесткость подвески, величина зазора и износостойкость. В магнитной подвеске размещенный в ней компонент совершает вращательное или поступательное движение вокруг или вдоль воображаемой магнитной оси без механического контакта с другими компонентами устройства и независимо от его геометрической формы. Если устройство применяется для работы на малых скоростях, требования к жесткости подвески и точности ее изготовления могут быть относительно невысокими. Для высокой скорости вращения и/или для больших движущихся масс необходима высокая жесткость с малым допуском из-за возникающей разбалансировки или инерции масс подвижных компонентов. В аксиальном кровяном насосе, используемом для поддержания искусственного сердца, при малых размерах необходимо обеспечить высокую скорость вращения, чтобы добиться требуемой производительности. При этом чтобы не превышать допустимый уровень отрицательного воздействия на кровь, максимальный зазор между ротором и цилиндром насоса при оптимальной геометрической форме должен поддерживаться в пределах 0,01 мм. Механические подвески (например, шарикоподшипники) вполне соответствовали бы этим требованиям, но их отрицательное воздействие разрушило бы слишком много кровяных телец при непосредственном контакте с кровью. Если использовать для этой цели герметичные механические подшипники, то при современном уровне техники нельзя гарантировать их долгосрочного функционирования без появления протечек. Кроме того, на стыке вала и уплотнения кровь подвергается вредному воздействию и возникает опасность повышенного образования тромбов на границе уплотнений. Не подверженные износу, свободно висящие в магнитной подвеске роторы насоса минимизируют эти недостатки. Жесткость магнитной подвески ротора связана, однако, с ограничениями на допустимый зазор в подвеске, который не может быть увеличен при малых размерах устройства и при гидродинамических нагрузках, необходимых для поддержания давления в насосе. Дополнительные нагрузки на подвеску, вызванные разбалансировкой, увеличивают зазор в подвеске. Чтобы минимизировать разбалансировку, ось магнитной подвески должна как можно ближе совпадать с геометрической осью ротора насоса. В случае применения насоса для перекачивания крови, для минимизации разбалансировки и сохранения требуемого зазора, необходимо обеспечить, чтобы величина угловых девиаций (отклонений) суммарных магнитных векторов в магнитах подвески от геометрической оси вращения не превышала 0,3°. Обычные анизотропные, высоко коэрцитивные магниты, необходимые для изготовления магнитной подвески с заданными параметрами, характеризуются, однако, средним значением девиаций до 3° от нормали к плоскостям полюсов, при этом ориентация девиаций статистически представляется в виде симметричной колоколообразной кривой вокруг среднего значения, соответствующего базовой ориентации исходного материала. Среди магнитов, изготавливаемых традиционным способом из стандартного материала в виде одного твердого тела, чрезвычайно редко попадаются экземпляры с суммарной девиацией магнитного вектора от полюсной нормали менее 0,3°.

Объясняется это тем, что оптимальное или желаемое направление и значение магнитного вектора отливки не соответствует статистическому распределению всех некомпенсированных моментов вращения, которые и отвечают за магнитные свойства. Только в безупречных монокристаллах можно найти однородные участки без статистического распределения. Однако об использовании таких магнитов не может быть и речи из-за неприемлемости их физических характеристик (например, слишком низкая энергетика) для производства магнитных подвесок или других технических устройств сходного назначения. Кроме того, в материалах с ярко выраженной анизотропностью проявляется четкое статистическое распределение некомпенсированных моментов вращения, хотя диапазон флуктуации сильно ограничен. Это имеет значение в микропроцессах с флуктуациями статистической направленности суммарного магнитного вектора в пределах конкретного допустимого диапазона. В большинстве технических решений, связанных с применением постоянных магнитов, этот факт играет незначительную роль, поскольку колебания магнитного вектора вблизи требуемого нулевого положения являются допустимыми.

В некоторых случаях применения, например, в случае имплантируемых кровяных насосов, статистические колебания направления являются недопустимыми, поскольку применение постоянных магнитов с магнитным вектором, отклоняющимся от требуемого направления, приводит к недопустимой степени неустойчивости, и в связи с этим возникает слишком большой зазор в подвеске. Поэтому в таких случаях необходимо изменять или исправлять, соответственно, направление и положение магнитного вектора твердого магнитного тела в открытой магнитной цепи. Такое изменение или исправление, соответственно, могут осуществляться различными способами.

Простейшим вариантом является применение изотропного, твердого магнитного материала, который может быть намагничен в требуемом направлении и с требуемой напряженностью поля. Для реализации такого способа в настоящее время используются только твердые магнитные материалы, которые обеспечивают энергией максимальной плотности только нижнюю границу диапазона приемлемого технического применения. Материалы с такой низкой плотностью энергии не могут, однако, найти никакого применения в магнитных подвесках вышеописанного типа, поскольку они не обеспечивают требуемой жесткости.

Поскольку имеется необходимость в более высокой плотности магнитной энергии, существует возможность реализовать желаемую амплитуду магнитного вектора посредством выбора магнитного материала, подходящего с точки зрения высокой плотности энергии и геометрической формы. Приближение к желательному направлению магнитного вектора в геометрии компонента может быть обеспечено в случае точного знания положения суммарного магнитного вектора в исходном магните, определяемого способом "срезания углов". Недостатками этого способа являются повышенные трудозатраты и расход материала, а также тот факт, что ошибка в точности направления магнитного вектора выявляется только в случае значительного отклонения. Кроме того, известны способы изменения магнитного вектора посредством размагничивания или намагничивания твердого магнитного тела или отдельных его частей. Это размагничивание или намагничивание могут осуществляться посредством воздействия ограниченных полей, асимметричных полей, с помощью измененного градиента поля или другими способами. Недостатком этого способа является то, что обычно энергия магнита не используется в полной мере. Этот недостаток отмечается и в случае, когда изменение магнитного вектора осуществляется за счет использования температурной зависимости магнитных характеристик, то есть посредством местного или асимметричного нагревания или охлаждения, соответственно. Кроме того, известен способ активного воздействия, например, посредством сочетания магнита с обмотками соответствующей формы и ориентации, которые создают условия для широкого диапазона изменений за счет изменения направления тока. Такие устройства, однако, требуют дополнительного пространства и дополнительной энергии. Другие твердые магнитные тела и способы создания магнитных устройств описаны в патентах GB 777315 [1], СН 304762 [2], US 4777464 [3], US 2320632 [4], DE 2106227А [5] и DE 2607197А [6]. В источнике [4] описан способ соединения постоянного твердого магнита и мягкого магнитного элемента посредством отливки в форме для получения комплексного магнитного компонента, который подвергается термической деформации в процессе охлаждения. Постоянный магнитный компонент в этом случае располагается между мягкими магнитными частями, образующими полюсы. Именно поэтому в такой системе невозможно оказывать влияние на направленность магнитного поля постоянного магнитного компонента, как это требуется для вышеупомянутых технических применений.

В патентах [1] и [2] описан магнитный хомут, обеспечивающий связь между постоянными магнитными и мягкими магнитными компонентами. Хомут является частью замкнутой магнитной цепи, например, в электроизмерительном приборе. Постоянный магнитный компонент размещается между мягкими магнитными частями, образующими полюсы. Это делает невозможным корректировку направленности магнитного поля постоянного магнитного компонента. В патентах [5] и [6] описана магнитная система с воздушным зазором. В этом случае постоянные магнитные элементы встроены в мягкие магнитные элементы в магнитной цепи. Воздействие на направленность магнитного поля постоянного магнита не предусмотрено и не представляется возможным, поскольку этому препятствуют примыкающие мягкие магнитные элементы.

В патенте [3] тоже описана магнитная система с воздушным зазором, имеющая замкнутую магнитную цепь. К внешнему хомуту, выполненному из мягкого магнитного материала, прилегают одной стороной два элемента с одинаковой полярностью внутренней стороны, выполненной из постоянного магнита, причем эти элементы являются комбинированными, т.е. выполненными из двух видов магнитного материала. На обращенных друг к другу сторонах этих постоянных магнитов сформирован рабочий воздушный зазор с мягкой магнитной полюсной накладкой, выполненной согласно изобретению. Целью создания такой конструкции является обеспечение получение максимально возможной степени постоянного распределения поля в рабочем воздушном зазоре. Воздействия на направленность магнитного поля постоянной магнитной части не предусмотрено. Используемые магниты должны иметь одинаковую ориентацию. Любое изменение направленности поля было бы скомпенсировано в мягком магнитном хомуте и в полюсной накладке. Амплитуда магнитного вектора обеспечивается классическим способом за счет изменения геометрических размеров и взаимного расположения различных видов магнитов, используемых в устройстве. Обобщая вышесказанное, можно констатировать, что ни в одном из известных способов не предусмотрена возможность воздействия на направленность поля твердой магнитной части. Сущность описанных способов заключается в том, что с помощью замкнутой магнитной цепи, включающей в себя магниты (или обмотки), создается магнитный поток, достигающий максимума в рабочей области (воздушный зазор в [4], [5], [6] и мягкие магнитные накладки в [1], [2] или в [3]), при этом особое значение имеет тот факт, что только в воздушном зазоре получают постоянное магнитное поле конкретной напряженности с максимальной однородностью.

Таким образом, известными способами требуемой ориентации магнитного поля добиться нельзя. При этом попытки воздействовать на твердое магнитное тело для изменения ориентации магнитного поля тут же нейтрализуются присутствующим во всех упомянутых способах устройством, состоящим из замкнутой магнитной цепи, за счет сочетания мягких магнитных частей и твердого магнитного тела. Поэтому каждая попытка изменения направленности магнитного поля нейтрализуется. Мягкие магнитные части, работающие в режиме ниже порога насыщения, концентрируют на обращенных к твердому магнитному телу поверхностях магнитный поток в зависимости от разности в магнитной проницаемости, но независимо от направления. Магнитный поток ограничен размерами этих частей в соответствии с градиентом различия в магнитном потенциале. Поле простирается в перпендикулярном направлении к верхней плоскости мягких магнитных частей, в которой наблюдается скачок проницаемости по отношению к окружающим элементам. Внешний контур силовых линий магнитного поля в этом случае зависит от внешних условий. В вышеупомянутых способах силовые линии поля простираются главным образом в пределах предопределенных магнитных цепей (контуров). В таких устройствах невозможно влиять на магнитный вектор. Настоящее изобретение призвано решить задачу по созданию твердого магнитного тела, обладающего, без воздействия внешнего магнитного контура, требуемым суммарным магнитным вектором, который может перемещаться только в пределах определенного диапазона допусков, а само твердое магнитное тело имеет более высокую максимальную плотность энергии по сравнению с уровнем техники. Решение этой задачи сформулировано в отличительной части пунктов 1 и 10 формулы изобретения. Различные варианты усовершенствований отражены в зависимых пунктах формулы изобретения. Основное достоинство изобретения заключается в том, что корректировка ориентации и положения магнитного вектора преимущественно твердого магнитного тела может осуществляться с использованием общеизвестных материалов и простых операций.

Согласно изобретению твердое магнитное тело, магнитный вектор которого занимает положение в рамках предопределенного диапазона допусков в незамкнутом магнитном поле, состоит из одной или более твердых магнитных отливок и одного или более дополнительных элементов, тоже являющихся отливками, причем эти отливки соединены друг с другом таким образом, что за счет формы, соединения и взаимного расположения элементов достигается требуемая ориентация и положение магнитных векторов твердого магнитного тела на заданной стороне (сторонах). Магнитный вектор твердого магнитного тела является суммарным (результирующим) магнитным вектором, образованным магнитными векторами магнитной отливки и дополнительных элементов. Комбинированное твердое магнитное тело может также использоваться в замкнутых магнитных контурах с воздушным зазором или без него. В магнитном контуре эффект комбинированных магнитных векторов не может быть полностью нейтрализован воздействием прилегающих к стыковочной стороне мягких магнитных частей (например, полюсными накладками, хомутом и т. д.), которые не находятся в состоянии насыщения.

В пункте 2 формулы изобретения говорится о том, что дополнительные магнитные элементы отливаются из таких материалов как ферримагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, парамагнетики, суперпарамагнетики или диамагнетики.

В пункте 3 формулы изобретения заявляется, что твердые магнитные отливки и/или дополнительные элементы изготавливаются в виде тел с вращательной симметрией.

В пункте 4 формулы изобретения заявляется, что отливки и дополнительные элементы могут иметь форму, отличную от тел с вращательной симметрией.

Твердые магнитные отливки и дополнительные элементы могут быть выполнены в виде плотных или полых тел, как указано в пунктах 5 и 6 формулы изобретения.

Дополнительным преимуществом, согласно пункту 7 формулы изобретения, является то, что магнитные отливки и дополнительные элементы могут взаимно перемещаться и/или фиксироваться. В другом варианте реализации изобретения, заявленном в пункте 8 формулы изобретения, твердые магнитные отливки и элементы скреплены друг с другом. Наиболее подходящим способом для этого является склеивание этих частей.

Еще в одном варианте реализации изобретения, заявленном в пункте 9 формулы изобретения, дополнительный элемент выполнен в форме полого тела, размещенного внутри твердой магнитной отливки. Отличительным признаком способа коррекции магнитного вектора твердого магнитного тела согласно изобретению является то, что посредством соединения и комбинирования твердых магнитных отливок и элементов осуществляется корректировка ориентации и положения суммарного магнитного вектора твердой магнитной отливки и магнитных векторов дополнительных элементов. Согласно пункту 11 формулы изобретения еще одним отличительным признаком заявленного способа является то, что требуемая ориентация и положение суммарных магнитных векторов достигается за счет дополнительного изменения формы твердой магнитной отливки в сочетании с различными комбинациями крепления дополнительных элементов. Это целенаправленное наложение магнитных векторов отливок, согласно изобретению, ведет к образованию суммарного магнитного вектора, лежащего в пределах требуемого диапазона допусков. В одном из дальнейших вариантов реализации заявленного способа по пункту 12 такая корректировка ориентации и положения суммарного магнитного вектора твердого магнитного тела на заданных сторонах достигается посредством определения суммарных векторов и их корректировки в процессе или после формирования твердого магнитного тела с последующим осуществлением неоднократных целенаправленных изменений этой компоновки в зависимости от проявляющихся изменений магнитного вектора.

Целенаправленное наложение магнитного вектора твердой магнитной отливки на магнитные векторы нескольких дополнительных элементов согласно изобретению можно осуществлять с использованием ферромагнетиков, ферримагнетиков, антиферромагнетиков, диамагнетиков, парамагнетиков или суперпарамагнетиков. В этом случае дополнительные элементы могут быть размещены рядом друг с другом, один поверх другого, полностью или частично вложенные друг в друга, полностью или частично напротив друг друга, симметрично или асимметрично к оси, закрученные вокруг друг друга, с вращательной симметрией и с наклоном, на расстоянии друг от друга, могут быть размещены с изменением или без изменения силы и ориентации с помощью шайб, косых срезов, клинообразно или любым другим способом, размещенными в стык, склеенными или скрепленными любым другим способом.

Твердое магнитное тело согласно настоящему изобретению используется преимущественно в качестве составной части магнитной подвески. Изобретение описано подробно с помощью чертежей и примеров реализации. В частности:

На Фиг.1 - твердая магнитная отливка в виде тела вращения.

На Фиг.2 - твердая магнитная отливка в форме тела с вращательной симметрией.

На Фиг.3 - твердое магнитное тело согласно изобретению, состоящее из твердой магнитной отливки и дополнительного элемента.

На Фиг.4а - твердое магнитное тело согласно изобретению, состоящее из твердой магнитной отливки и двух дополнительных элементов.

На Фиг.4b - вид сверху на твердое магнитное тело согласно изобретению, состоящее из твердой магнитной отливки и двух дополнительных элементов.

На Фиг.5 - твердое магнитное тело согласно изобретению, состоящее из твердой магнитной отливки и двух дополнительных элементов.

На Фиг.6 и 7 - твердое магнитное тело согласно изобретению, состоящее из твердой магнитной отливки, дополнительного элемента и мягкого магнитного дополнительного элемента.

На Фиг.8-17 - дальнейшие варианты реализации твердых магнитных тел.

На Фиг.1 и 2 изображена твердая магнитная отливка 1 и дополнительный элемент 11, которые выполнены в виде аксиально намагниченных элементов с вращательной симметрией. Ось симметрии 2 отливки 1 и ось симметрии 12 дополнительного элемента 11 размещены перпендикулярно к торцевым поверхностям 3 и 13, образуя, в качестве примера, магнитный северный полюс. На Фиг.3 изображено твердое магнитное тела с вращательной симметрией согласно изобретению, состоящее из твердой отливки 1 и дополнительного элемента 11. Отливка 1 имеет магнитный вектор 4 с интенсивностью 5 (длина вектора). Дополнительный элемент 11 имеет магнитный вектор 14 с интенсивностью 15. Углы 6 и 16 отображают в символической форме неправильное положение магнитных векторов 4 и 14 по отношению к желательному положению (в данном случае по отношению к оси симметрии). Посредством наложения магнитных векторов 4 и 14 образуется суммарный магнитный вектор 20, при этом наложение магнитных векторов 4, 14 может быть скорректировано, например, посредством вращения отливки 1 или дополнительного элемента 11, чтобы добиться попадания магнитного вектора 20 в заданный диапазон допусков. Компенсация углов 6 и 16 на Фиг.3 обеспечивается не просто путем известного графического сложения. Поэтому величины интенсивности 5 и 15, а также углы 6 и 16 на Фиг.1-3 должны рассматриваться только как демонстрация способа согласно изобретению. На Фиг.3 показаны только магнитные векторы верхней северной стороны. Суммарный вектор южной стороны находится вне оси симметрии. На Фиг.3 ориентация суммарного магнитного вектора 20 должна совпадать с осью симметрии 2 и 12. Целенаправленная ориентация магнитного вектора 20 требует точного измерения положения и амплитуды магнитных векторов составных частей. Например, вначале замеряют точное положение магнитного вектора 4 отливки 1. Проекция 4а магнитного вектора 4 на сторону северного полюса отмечается, например, на торцевой поверхности 13 посредством черты. Компонент магнитного вектора 4 отливки 1, направленный перпендикулярно к нормали полюса, следует скомпенсировать компонентом магнитного вектора 14 дополнительного элемента 11, при этом вектор 14 действует в верхней плоскости отливки 1, имеет ту же амплитуду, но смещен на 180°. Следует отметить, что это - не измеренный компонент магнитного вектора 14, направленный перпендикулярно к нормали полюса, а амплитуда компонента магнитного вектора 14, который после скрепления магнитного тела действует в верхнем торце отливки 1. То есть величина компонента, измеренная в технических условиях, аналогичных измерениям, сделанным в отношении отливки 1, и направленная перпендикулярно к нормали полюса, должна быть больше, чем компонент отливки 1 на величину связующего коэффициента, зависящего от материала и геометрических размеров. Величина амплитуды магнитного вектора непосредственно в направлении нормали к полюсу не связана, однако, с компенсацией направления, а только с величиной суммарной амплитуды твердого магнитного тела. Связующий коэффициент должен быть задан или получен эмпирическим путем с последующей проверкой результата. Дополнительный элемент 11, имеющий величину угла, допустимую для компенсации, выбирается, например, из множества калиброванных магнитов, отличающихся ориентацией, по аналогии с отливкой 1. Девиация величины угла дополнительного элемента 11 допускается лишь в диапазоне разрешенного диапазона флуктуации величины угла, определяемой путем умножения угла девиации отливки 1 на безразмерный связующий коэффициент. Чтобы сориентировать суммарный магнитный вектор в направлении оси вращательной симметрии в этом примере, выбранный дополнительный элемент 11, имеющий соответствующую маркировку и являющийся проекцией 14а, развернутой на 180° в осевом направлении относительно отливки 1, размещен таким образом, что магнитный северный полюс торца 13 находится в центре магнитного южного полюса отливки 1. На Фиг.4а изображено твердое магнитное тело, состоящее из твердой магнитной отливки 1 и дополнительных элементов 11, 21. В этом случае два нижерасположенных дополнительных элемента 11 и 21 обеспечивают компенсацию угловой девиации магнитного вектора 4 отливки 1 от заданного положения. Дополнительный элемент 21 коррелирует с магнитным вектором 24. Нижерасположенный суммарный магнитный вектор 27 не параллелен оси вращения. Проекция магнитных векторов 4а, 14а, 24а на плоскость торца 3 твердой магнитной отливки 1 представлена на Фиг.4b как вид сверху на твердую магнитную отливку 1 и дополнительные элементы 11, 21 и объясняет принцип коррекции магнитного вектора. Длина стрелок соответствует компонентам магнитных векторов 4, 14, 24 отдельных дополнительных частей (4а - компонент магнитного вектора 4 отливки 1; 14а - компонент магнитного вектора 14 дополнительного элемента 11; 24а - компонент магнитного вектора 24 отливки 21), действующих в плоскости 3 твердой магнитной отливки 1 перпендикулярно к оси вращения. Компоненты 14а и 24а должны быть одинаковы и иметь амплитуду, равную, по меньшей мере, половине амплитуды компонента 4а; тогда посредством вращения частей 11 и 21 относительно друг друга вокруг оси вращения можно отрегулировать величину компенсации по отношению к отклонению магнитного вектора отливки 1 в пределах от нуля до максимально возможной силы. Нижний суммарный магнитный вектор 27 расположен в данном варианте реализации вне оси вращения.

На Фиг.5 показано твердое магнитное тело, которое состоит из твердой магнитной отливки 1 и дополнительных элементов 11,21, размещенных на оси вращения. В такой компоновке векторов 4, 14, 24 верхний суммарный магнитный вектор 20 и нижний суммарный магнитный вектор 27 направлены вдоль оси вращения. Средний дополнительный элемент 11, имеющий магнитный вектор 14, осуществляет за счет длины и ориентации вектора 14 компенсацию векторов 4 и 24. Фиг.6 показывает твердое магнитное тело, состоящее из отливки 1, дополнительного элемента 11 и мягкого магнитного дополнительного элемента 21, размещенных на оси вращения. В такой компоновке векторов 4, 14 верхний суммарный магнитный вектор 20 направлен вдоль оси вращения. Средняя часть 11, обладающая магнитным вектором 14, обеспечивает за счет длины и ориентации вектора 14 компенсацию вектора 4. Нижний мягкий магнитный дополнительный элемент 21 не достигает режима насыщения и нейтрализует зафиксированное угловое значение. Линии магнитного поля выходят перпендикулярно из верхнего торца мягкого магнитного дополнительного элемента 21 и далее сливаются с внешним магнитным полем.

Фиг.7 демонстрирует твердое магнитное тело, состоящее из мягкого магнитного дополнительного элемента 21, отливки 1 и дополнительного элемента 11, размещенных вдоль оси вращения. В этой конфигурации векторов 4, 14 верхний суммарный магнитный вектор 20 должен быть направлен вдоль оси вращения. Средняя часть 1, обладающая магнитным вектором 4, осуществляет за счет своей величины и положения компенсацию вектора 14, принадлежащего дополнительному элементу 11. Мягкий магнитный дополнительный элемент 21 обеспечивает компенсацию малых колебаний амплитуды магнитных векторов твердой магнитной отливки 1 и дополнительного элемента 11. Если дополнительный элемент 21 находится в стадии насыщения, направление магнитного вектора 20, заданное заранее наложением магнитных векторов 4 и 14 (суммарный вектор без дополнительного элемента 21), не нейтрализуется. Направление суммарного магнитного вектора 20а, принадлежащего дополнительному элементу 21, по большей части совпадает с направлением магнитного вектора 20 и имеет в этом случае измененную амплитуду.

Фиг.8а и 8b показывают твердые магнитные тела, состоящие из отливки 1 и дополнительного элемента 11, размещенных на оси вращения. В этой комбинации векторов 4, 14 верхний суммарный магнитный вектор 20 и нижний суммарный магнитный вектор 27 не совпадают с осью симметрии.

Фиг.9а-9f демонстрируют примеры твердых магнитных тел с вращательной симметрией, скомпонованных из твердой магнитной отливки 1 и одного или более дополнительных элементов 11, 21, 31, причем дополнительные элементы 11,21,31 выполнены в виде полостей в твердой магнитной отливке 1. Ориентация векторов в этом случае, например, за счет такого способа будет такой, что верхний суммарный магнитный вектор 20 совпадает с осью симметрии.

Фиг.9g и 9h показывают твердые магнитные тела, состоящие из отливки 1 и дополнительного элемента 11.

Фиг.10а и 10b демонстрируют примеры твердых магнитных тел, аналогичных изображенным на Фиг.9g и 9h, которые, для нейтрализации сил отталкивания, заключены в немагнитный дополнительный элемент 21 (например, выполненный из алюминия).

Фиг.11а-11f дают примеры твердых магнитных тел с вращательной симметрией, составленных из одной твердой магнитной отливки 1 и дополнительного элемента 11. Эти чертежи приводят дальнейшие примеры компоновки.

Фиг.12а - 12b показывают примеры прямоугольных твердых магнитных тел, составленных из твердой магнитной отливки 1 и дополнительного элемента 11. Эти чертежи содержат дальнейшие примеры компоновки.

Фиг.13а и 13b показывают два примера прямоугольных твердых магнитных тел, составленных из одной твердой магнитной отливки и нескольких дополнительных элементов 11, 21, 31, что позволяет получить суммарный магнитный вектор 20 с требуемой ориентацией и положением.

Фиг.14а и 14b показывают примеры произвольно сформированных твердых магнитных тел, составленных в данных примерах из одной твердой магнитной отливки 1 и одного дополнительного элемента 11. В этих примерах суммарный магнитный вектор 20 ориентирован перпендикулярно плоскости в магнитном центре тяжести. Твердая магнитная отливка 1 и дополнительный элемент 11 могут также иметь (не как показано в примере) верхние и нижние стороны любой формы. Эти дополнительные части могут быть соединены в любой конфигурации, т.е. с подогнанными или неподогнанными по форме друг к другу верхними торцами и даже размещенные на некотором расстоянии друг от друга (например, разделенные слоем клея, сварочным швом и т.п.), с тем, чтобы посредством введения магнитных векторов дополнительных частей были обеспечены требуемые положение и ориентация суммарного магнитного вектора 20.

Фиг.15b показывает пример твердого магнитного тела, составленного из твердой магнитной отливки 1, дополнительного элемента 11 и "немагнитного" дополнительного элемент 21, выполненного, например, из пара- или диамагнетика, при этом верхний суммарный магнитный вектор 20 должен совпасть с осью вращения. На Фиг.15а для облегчения понимания приведено фиктивное начальное состояние, в котором твердая магнитная отливка 1 и дополнительный элемент 11 размещены непосредственно друг над другом без зазора в компоновке, представленной на Фиг.15b и 15с. Твердая магнитная отливка 1 и дополнительный элемент 11 создают в данном фиктивном состоянии суммарный магнитный вектор 20, направленный вверх и не совпадающий с осью вращательной симметрии. Если в этом стартовом положении векторный компонент дополнительного элемента 11, действующий в верхнем торце отливки 1 перпендикулярно к нормали полюса, превышает векторный компонент отливки 1, то требуемая коррекция ориентации может быть обеспечена за счет увеличения расстояния. На Фиг.15b и 15с суммарный магнитный вектор 20а скорректирован до нормальной ориентации магнитного вектора, требуемой в данном примере, с помощью твердой магнитной отливки 1 и дополнительного элемента 11, при этом такая ориентация имеет тот же полюс, смещенный, однако, на 180°, векторного компонента отливки 1, действующего перпендикулярно к нормали полюса, и дополнительного элемента 11, а также за счет увеличения зазора, создаваемого "немагнитным" дополнительным элементом 21 или "свободным" пространством 38 (заполненным вакуумом, газом или жидкостью), размер которого регулируется посредством распорной детали 37.

Фиг.16b демонстрирует пример твердого магнитного тела, составленного из твердой магнитной отливки 1, дополнительного элемента 11 и немагнитного (выполненного из пара- или диамагнитного материала) дополнительного элемента 21. Для облегчения понимания на Фиг.16а приводится фиктивное исходное состояние твердого магнитного тела, соответствующее Фиг.16b. Исходная отливка 1 и исходный дополнительный элемент 11 создали бы на Фиг.16а суммарный магнитный вектор 20, направленный вверх и совпадающий с осью вращения. На Фиг.16b компоненты отливки 1, заполненные "немагнитным" дополнительным элементом 21, и компоненты дополнительного элемента 11 опущены. Влияние этих частей отсутствует и в суммарном магнитном векторе 20а в соответствии с Фиг.16b. Амплитуда суммарного магнитного вектора 20а уменьшена на величину, соответствующую отсутствующими частям, а его положение перенесено в новый магнитный центр тяжести вне оси вращения. Ориентация по отношению к плоскости полюса более или менее сохранена. В составляющих дополнительных частях ориентация может также несколько измениться.

Фиг.17b показывает еще один пример твердого магнитного тела, состоящего из твердой магнитной отливки 1, дополнительного элемента 11 и немагнитного (изготовленного из пара- или диамагнитного материала) дополнительного элемента 21. Для пояснения на Фиг.17а продемонстрировано фиктивное исходное по сравнению с Фиг.17b. Исходная отливка 1 и исходный дополнительный элемент 11 создали бы на Фиг.17а суммарный магнитный вектор 20, направленный вверх и размещенный в середине, однако направление этого вектора не совпадало бы с осью вращения. На Фиг.17b часть отливки 1, заполненная "немагнитным" дополнительным элементом 21, опущена. Доля этой дополнительной части отсутствует и в суммарном магнитном векторе 20а на Фиг.17b. Амплитуда суммарного магнитного вектора 20а уменьшается пропорционально доле отсутствующей части, при этом положение вектора смещается в новый магнитный центр тяжести вне оси вращения, а ориентация в приведенном примере изменяется на перпендикулярную полюсу.

Отдельные компоненты на Фиг.1-17 могут также состоять из нескольких частей.

Изобретение не ограничивается приведенными в описании вариантами реализации. Представляется возможным реализовать и другие варианты за счет объединения и модификации перечисленных средств и признаков, не выходя за рамки данного изобретения.

Изобретение касается области электротехники. Техническим результатом является создание твердого магнитного тела, имеющего, при отсутствии влияния внешних магнитных цепей, требуемый суммарный магнитный вектор, параметры которого лежат в пределах заданного диапазона допусков, при этом такое твердое магнитное тело имеет высокую максимальную плотность энергии. Предложен также способ для изготовления такого твердого тела. Согласно изобретению твердое магнитное тело, магнитный вектор которого лежит, насколько это возможно, в пределах заданного диапазона допусков, состоит из магнитно-твердой формованной детали (1) и из одного или более дополнительных формованных элементов (11, 21, 31), которые скомпонованы с возможностью перемещения друг относительно друга и с возможностью фиксации. Указанные деталь и элементы объединены друг с другом таким образом, что посредством формы, соединения и их взаимного расположения на заданной стороне корректируют ориентацию и положение результирующей магнитного вектора магнитно-твердой формованной детали и магнитных векторов дополнительных формованных элементов. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Магнитно-твердое тело, состоящее из отдельных составных частей, отличающееся тем, что оно содержит магнитно-твердую формованную деталь (1) и, по меньшей мере, один дополнительный формованный элемент (11, 21, 31), скомпонованные с возможностью перемещения относительно друг друга и с возможностью фиксации, при этом указанные магнитно-твердая формованная деталь (1) и, по меньшей мере, один дополнительный формованный элемент (11, 21, 31) объединены друг с другом так, что посредством формы, соединения и взаимного расположения магнитно-твердой формованной детали (1) и дополнительных формованных элементов на заданной стороне (11, 21, 31) корректируется ориентация и положение результирующей (20, 20а) магнитного вектора (4) магнитно-твердой формованной детали (1) и магнитных векторов (14, 24, 34) дополнительных формованных элементов (11, 21, 31).2. Магнитно-твердое тело по п.1, отличающееся тем, что дополнительные формованные элементы (11, 21, 31) выполнены из ферромагнетика, и/или ферримагнетика, и/или антиферромагнетика, и/или парамагнетика, и/или суперпарамагнетика, и/или диамагнетика.3. Магнитно-твердое тело по п.1 или 2, отличающееся тем, что магнитно-твердая формованная деталь (1) и дополнительные формованные элементы (11, 21, 31) имеют форму тел с вращательной симметрией.4. Магнитно-твердое тело по п.1 или 2, отличающееся тем, что магнитно-твердая формованная деталь (1) и/или дополнительные формованные элементы (11, 21, 31) имеют форму тел, не обладающих вращательной симметрией5. Магнитно-твердое тело по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что магнитно-твердая формованная деталь (1) и/или дополнительные формованные элементы (11, 21, 31) имеют плотную структуру.6. Магнитно-твердое тело по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что магнитно-твердая формованная деталь (1) и/или дополнительные формованные элементы (11, 21, 31) являются полыми телами.7. Магнитно-твердое тело по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что магнитно-твердая формованная деталь (1) и дополнительные формованные элементы (11, 21, 31) скреплены друг с другом.8. Способ коррекции магнитного вектора магнитно-твердого тела, отличающийся тем, что магнитно-твердое тело составляют из магнитно-твердой формованной детали (1) и, по меньшей мере, одного дополнительного формованного элемента (11, 21, 31), скомпонованных с возможностью перемещения относительно друг друга и с возможностью фиксации, и посредством соединения и взаимного расположения магнитно-твердой формованной детали (1) и дополнительных формованных элементов (11, 21, 31) осуществляют на заданной стороне корректировку направления и положения результирующей (20, 20а) магнитного вектора (4) магнитно-твердой формованной детали (1) и магнитных векторов (14, 24, 34) дополнительных формованных элементов (11, 21, 31).9. Способ по п.8, отличающийся тем, что сначала определяют ориентацию и положение магнитных векторов (4, 14, 24, 34) магнитно-твердой формованной детали (1) и дополнительных формованных элементов (11, 21, 31) и затем посредством изменения формы магнитно-твердой формованной детали (1) и/или изменения формы дополнительных формованных элементов (11, 21, 31) в сочетании с соединением и ориентированием дополнительных формованных элементов (11, 21, 31) по отношению к магнитно-твердой формованной детали (1) корректируют ориентацию и положение результирующего магнитного вектора (20) на заданной стороне.10. Способ по п.8, отличающийся тем, что корректировку ориентации и положения результирующего магнитного вектора магнитно-твердого тела на заданной стороне обеспечивают посредством определения результирующего магнитного вектора (20) и управления им во время или после компоновки твердого магнитного тела и путем осуществления неоднократных целенаправленных изменений компоновки в соответствии с получаемыми изменениями этого магнитного вектора.11. Применение магнитно-твердого тела по п.1 в качестве компонента магнитной подвески.